权利要求
所述固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，所述钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的质量比为2~3:6.5~7.5:0.5;
所述自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，所述苹果酸与碳酸的质量比为2:1~1:2;
所述自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，所述聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为2:1~1:2。
2.根据权利要求1所述的固废基自愈合型矿山充填材料，其特征在于，按重量百分比计，各组分组成如下：固废基材料39%、自愈合母料A 2.5%、自愈合母料B 3%、半干法脱硫灰9%与尾矿砂46.5%;
所述钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的质量比为2.5:7:0.5;
所述苹果酸与碳酸的质量比为1:1;
所述聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:2。
3.根据权利要求1或2任一所述的固废基自愈合型矿山充填材料，其特征在于，所述钢渣尾渣的全铁含量小于等于0.5%、所述高炉水渣的水分含量小于等于12%。
4.根据权利要求1或2任一所述的固废基自愈合型矿山充填材料，其特征在于，所述半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰。
5.根据权利要求1或2任一所述的固废基自愈合型矿山充填材料，其特征在于，所述尾矿砂的含水率小于等于1%、中值粒径小于等于0.2mm。
6.一种权利要求1~5任一所述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1：利用立式粉磨机将所述固废基材料粉磨，获得固废基胶凝材料;
S2：将固废基胶凝材料与自愈合母料A在常温搅拌，获得母料A-固废基胶凝材料;自愈合母料A中的苹果酸与碳酸在钢渣尾渣与高炉水渣形成的碱性条件下可以生成苹果酸盐与碳酸盐，苹果酸根和碳酸根离子能够形成弱相互作用遮蔽极性基团，降低胶凝体系中的电荷，减少静电吸引机会，碳酸盐加速固废基材料中硅酸三钙的水化反应，缩短诱导期，提高早期强度，优化孔隙结构分布，降低孔隙率，使结构致密化;
S3：将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜控温搅拌，获得母料B-半干法脱硫灰;
S4：将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌后，即得到固废基自愈合型矿山充填材料;当所述固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料B中甲基硅酸钠的硅醇基与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成抗渗硅酸盐，提升体系的密实度。
7.根据权利要求6所述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，粉磨细度为400~500目。
8.根据权利要求6所述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，搅拌时间为20~30min;所述S3中，搅拌温度为40~50℃，搅拌时间为10~15min。
9.根据权利要求6所述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，其特征在于，所述S4中，搅拌时间为45~60min。
10.权利要求1~5任一所述的固废基自愈合型矿山充填材料在充填采空区中的应用。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于固废资源利用的技术领域，尤其涉及固废基自愈合型矿山充填材料及其制备方法与应用。
背景技术
[0002]矿体开采后，采场的原始应力状态被破坏，从而致使应力重新分布，时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后，当矿体承受的应力超过自身强度时，发生的不连续的发散突变，即矿柱失稳破坏的现象。其灾害的主要表现形式有：片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大;地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。
[0003]采空区处理指为防止地表陷落、消除安全隐患而对矿产开采形成的空区实施充填或放顶封闭等技术措施的工作。由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，其处理需同步解决分布范围界定与量化评判等技术难题。常用处理方法包括全部垮落法、充填法和煤柱支撑法，按技术特征分为封闭、崩落、加固和充填四类。其中的充填法由于采用废石或尾砂等材料具有见效快的特点，备受众多技术人员的关注与研究，这种利用固废填充的方式，既实现了采空区的完美填充，又能够利用废弃物，避免污染环境。例如中国专利CN 113060961 A公开的一种用于矿山充填材料的激发剂及其制备方法，采用钢渣作为原料，通过加入高分子吸水树脂与微晶纤维素等，碱激发钢渣材料。提升流动性，最终得到较好的填充材料。但是，这种填充材料虽然能够维持前期的稳定，但随着使用时间的推进，填充材料的表面会因各种外部因素的破坏，导致表面产生裂纹，若未及时修复，裂纹会沿着纹理逐渐生长，造成填料的破碎或损坏，存在后期维护成本高的局限。
[0004]基于此，如何通过材料内部的成分的优化设计，自发修复填料的裂纹或破损处，使填料产生裂纹后，无需人工修复即可实现自愈合，成为当下迫切需要解决的问题。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是：提供固废基自愈合型矿山充填材料及其制备方法与应用以解决背景技术中提到的问题或实现更优技术效果。
[0006]为了解决上述技术问题，发明人经过实践和总结得出本发明的技术方案，本发明公开了固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，各组分组成如下：固废基材料35~40%、自愈合母料A 2~3%、自愈合母料B 3~5%、半干法脱硫灰8~13%与尾矿砂40~50%;
[0007]所述固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，所述钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的质量比为2~3:6.5~7.5:0.5;
[0008]所述自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，所述苹果酸与碳酸的质量比为2:1~1:2;
[0009]所述自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，所述聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为2:1~1:2。
[0010]进一步的，按重量百分比计，各组分组成如下：固废基材料39%、自愈合母料A2.5%、自愈合母料B 3%、半干法脱硫灰9%与尾矿砂46.5%;
[0011]所述钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的质量比为2.5:7:0.5;
[0012]所述苹果酸与碳酸的质量比为1:1;
[0013]所述聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:2。
[0014]进一步的，所述钢渣尾渣的全铁含量小于等于0.5%、所述高炉水渣的水分含量小于等于12%。
[0015]进一步的，所述半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰。
[0016]进一步的，所述尾矿砂的含水率小于等于1%、中值粒径小于等于0.2mm。
[0017]进一步的，上述任一所述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0018]S1：利用立式粉磨机将所述固废基材料粉磨，获得固废基胶凝材料;
[0019]S2：将固废基胶凝材料与自愈合母料A在常温搅拌，获得母料A-固废基胶凝材料;自愈合母料A中的苹果酸与碳酸在钢渣尾渣与高炉水渣形成的碱性条件下可以生成苹果酸盐与碳酸盐，苹果酸根和碳酸根离子能够形成弱相互作用遮蔽极性基团，降低胶凝体系中的电荷，减少静电吸引机会，碳酸盐加速固废基材料中硅酸三钙的水化反应，缩短诱导期，提高早期强度，优化孔隙结构分布，降低孔隙率，使结构致密化;
[0020]S3：将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜控温搅拌，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0021]S4：将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌后，即得到固废基自愈合型矿山充填材料;当所述固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料B中甲基硅酸钠的硅醇基与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成抗渗硅酸盐，提升体系的密实度。
[0022]进一步的，所述S1中，粉磨细度为400~500目。
[0023]进一步的，所述S2中，搅拌时间为20~30min;所述S3中，搅拌温度为40~50℃，搅拌时间为10~15min。
[0024]进一步的，所述S4中，搅拌时间为45~60min。
[0025]进一步的，上述任一所述的固废基自愈合型矿山充填材料在充填采空区中的应用。
[0026]相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
[0027](1)本发明在原料中加入自愈合母料A，当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料A中的苹果酸与碳酸均溶于水，在钢渣尾渣与高炉水渣形成的碱性条件下可以生成苹果酸盐与碳酸盐，苹果酸根和碳酸根等离子通过“离子缔合”形成弱相互作用遮蔽极性基团，降低胶凝体系中的电荷，减少静电吸引机会，且碳酸盐加速固废基材料中硅酸三钙(C3S)的水化反应，缩短诱导期，从而提高早期强度，能够提高矿山充填材料水化过程的密实性能，即碳酸盐能改变水化产物的孔结构分布，降低总孔隙率，使结构更致密。
[0028](2)本发明配方中的自愈合母料B中的聚醚硅油与甲基硅酸钠附着在半干法脱硫灰的表面，形成絮状结构，当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，一方面增加聚醚硅油与甲基硅酸钠的反应比表面积，另一方面能够填充矿山充填材料水化物的内部空隙，能够进一步提升密实性能。
[0029](3)当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料B中甲基硅酸钠的硅醇基与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成具有“反毛细管”效应的抗渗硅酸盐;过剩的抗渗硅酸盐被聚醚硅油进一步溶解反应，形成降电荷-抗渗型复合材料，在填充内部空隙的同时，封闭毛细管道，进一步增加矿山充填材料水化物的密实度。
附图说明
[0030]图1为本发明实施例1~6与对比例1~3制备出固废基自愈合型矿山充填材料的试样图;
[0031]图中，(a)为实施例1;(b)为实施例2;(c)为实施例3;(d)为实施例4;(e)为实施例5;(f)为实施例6;(g)为对比例1;(h)为对比例2;(i)为对比例3。
具体实施方式
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0033]以下各实施例中所用原料或试剂若无特殊说明均为市售产品或采用常规技术手段制备得到的产品。
[0034]其中，钢渣尾渣中，CaO(48.43%)、Fe2O3(22.77%)、SiO2(14.11%)、MgO(6.10%)、Al2O3(2.29%)、MnO(1.88%)、P2O5(1.57%)与其他(2.85%);
[0035]高炉水渣中，CaO(37.00%)、SiO2(33.38%)、Al2O3(16.34%)、MgO(8.62%)、SO3(1.63%)、TiO2(0.93%)、Fe2O3(0.75%)、Na2O(0.56%)与其他(0.79%);
[0036]脱硫石膏中，SO3(53.88%)、CaO(38.13%)、SiO2(3.71%)、MgO(1.83%)、Al2O3(1.10%)和其他(1.35%);
[0037]钙基半干法脱硫灰：SO3(35.40%)、CaO(54.10%)、SiO2(0.52%)、FexOy(0.66%)、MgO(1.54%)、Al2O3(0.35%)、K2O(2.44%)、Cl-(3.34%)和其他(1.65%);
[0038]钠基半干法脱硫灰：SO3(39.71%)、Na2O(57.57%)、SiO2(0.04%)、Fe2O3(0.06%)、MgO(0.23%)、ZnO(0.09%)、Cl-(2.21%)和其他(0.09%);
[0039]尾矿砂：SiO2(57.43%)、Al2O3(19.43%)、Fe2O3(6.74%)、Na2O(6.55%)、MgO(4.05%)、CaO(2.85%)、K2O(0.84%)、S(0.84%)和其他(1.27%);含水率不大于1%、中值粒径不大于0.2mm。
[0040]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0041]固废基材料 35~40%、
[0042]自愈合母料A 2~3%、
[0043]自愈合母料B 3~5%、
[0044]半干法脱硫灰 8~13%、
[0045]尾矿砂 40~50%，
[0046]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2~3:6.5~7.5:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量不大于0.5%、高炉水渣的水分不大于12%;
[0047]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为2:1~1:2;
[0048]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为2:1~1:2;
[0049]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0050]尾矿砂的含水率不大于1%、中值粒径不大于0.2mm。
[0051]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0052](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为400~500目，获得固废基胶凝材料;
[0053](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌20~30min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0054](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温40~50℃搅拌10~15min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0055](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌45~60min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0056]本发明原料中，当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料A中的苹果酸与碳酸均溶于水，在钢渣尾渣与高炉水渣形成的碱性条件下可以生成苹果酸盐与碳酸盐，苹果酸根和碳酸根等离子通过“离子缔合”形成弱相互作用遮蔽极性基团，降低胶凝体系中的电荷，减少静电吸引机会，且碳酸盐加速固废基材料中硅酸三钙(C3S)的水化反应，缩短诱导期，从而提高早期强度，能够提高矿山充填材料水化过程的密实性能，即碳酸盐能改变水化产物的孔结构分布，降低总孔隙率，使结构更致密。
[0057]自愈合母料B中的聚醚硅油与甲基硅酸钠附着在半干法脱硫灰的表面，形成絮状结构，当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，一方面增加聚醚硅油与甲基硅酸钠的反应比表面积，另一方面能够填充矿山充填材料水化物的内部空隙，能够进一步提升密实性能。
[0058]当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料B中甲基硅酸钠的硅醇基与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成具有“反毛细管”效应的抗渗硅酸盐;过剩的抗渗硅酸盐被聚醚硅油进一步溶解反应，形成降电荷-抗渗型复合材料，在填充内部空隙的同时，封闭毛细管道，进一步增加矿山充填材料水化物的密实度。
[0059]实施例1
[0060]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0061]固废基材料 35%、
[0062]自愈合母料A 3%、
[0063]自愈合母料B 4.5%、
[0064]半干法脱硫灰 13%、
[0065]尾矿砂 44.5%，
[0066]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2:7.5:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.3%、高炉水渣的水分为10%;
[0067]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为1:2;
[0068]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为2:1;
[0069]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0070]尾矿砂的含水率为0.8%、中值粒径为0.14mm。
[0071]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0072](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为500目，获得固废基胶凝材料;
[0073](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌20min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0074](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温45℃搅拌15min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0075](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌45min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0076]实施例2
[0077]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0078]固废基材料 45%、
[0079]自愈合母料A 2%、
[0080]自愈合母料B 3.5%、
[0081]半干法脱硫灰 8%、
[0082]尾矿砂 41.5%，
[0083]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比3:6.5:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.5%、高炉水渣的水分为11%;
[0084]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为2:1;
[0085]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:1;
[0086]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0087]尾矿砂的含水率为0.7%、中值粒径为0.20mm。
[0088]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0089](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为500目，获得固废基胶凝材料;
[0090](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌30min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0091](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温40℃搅拌12.5min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0092](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌60min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0093]实施例3
[0094]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0095]固废基材料 39%、
[0096]自愈合母料A 2.5%、
[0097]自愈合母料B 3%、
[0098]半干法脱硫灰 9%、
[0099]尾矿砂 46.5%，
[0100]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比为2.5:7:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.4%、高炉水渣的水分为12%;
[0101]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为1:1;
[0102]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:2;
[0103]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0104]尾矿砂的含水率为1.0%、中值粒径为0.17mm。
[0105]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0106](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为450目，获得固废基胶凝材料;
[0107](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌25min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0108](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温50℃搅拌10min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0109](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌55min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0110]实施例4
[0111]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0112]固废基材料 36%、
[0113]自愈合母料A 3%、
[0114]自愈合母料B 5%、
[0115]半干法脱硫灰 12%、
[0116]尾矿砂 44%，
[0117]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比3:6.5:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.4%、高炉水渣的水分为10%;
[0118]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为2:1;
[0119]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:2;
[0120]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0121]尾矿砂的含水率为0.9%、中值粒径为0.18mm。
[0122]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0123](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为400目，获得固废基胶凝材料;
[0124](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌20min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0125](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温50℃搅拌10min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0126](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌50min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0127]实施例5
[0128]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0129]固废基材料 38%、
[0130]自愈合母料A 2%、
[0131]自愈合母料B 4%、
[0132]半干法脱硫灰 11%、
[0133]尾矿砂 45%，
[0134]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2:7.5:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.5%、高炉水渣的水分为12%;
[0135]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为1:2;
[0136]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为2:1;
[0137]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0138]尾矿砂的含水率为1%、中值粒径为0.16mm。
[0139]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0140](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为500目，获得固废基胶凝材料;
[0141](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌20min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0142](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温40℃搅拌15min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0143](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌50min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0144]实施例6
[0145]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0146]固废基材料 37%、
[0147]自愈合母料A 2.5%、
[0148]自愈合母料B 3.5%、
[0149]半干法脱硫灰 10%、
[0150]尾矿砂 47%，
[0151]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2.5:7:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.3%、高炉水渣的水分为11%;
[0152]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为1:1;
[0153]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:1;
[0154]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0155]尾矿砂的含水率为0.7%、中值粒径为0.20mm。
[0156]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0157](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为450目，获得固废基胶凝材料;
[0158](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌25min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0159](3)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温45℃搅拌12.5min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0160](4)将母料A-固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌55min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0161]对比例1
[0162]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0163]固废基材料 37%、
[0164]自愈合母料A 0%、
[0165]自愈合母料B 6%、
[0166]半干法脱硫灰 10%、
[0167]尾矿砂 47%，
[0168]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2.5:7:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.3%、高炉水渣的水分为11%;
[0169]自愈合母料B为聚醚硅油与甲基硅酸钠的混合物，其聚醚硅油与甲基硅酸钠的质量比为1:1;
[0170]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0171]尾矿砂的含水率为0.7%、中值粒径为0.20mm。
[0172]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0173](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为450目，获得固废基胶凝材料;
[0174](2)将自愈合母料B与半干法脱硫灰装入反应釜高温45℃搅拌12.5min，获得母料B-半干法脱硫灰;
[0175](3)将固废基胶凝材料、母料B-半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌55min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0176]对比例2
[0177]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0178]固废基材料 37%、
[0179]自愈合母料A 6%、
[0180]自愈合母料B 0%、
[0181]半干法脱硫灰 10%、
[0182]尾矿砂 47%，
[0183]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2.5:7:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.3%、高炉水渣的水分为11%;
[0184]自愈合母料A为苹果酸与碳酸的混合物，其苹果酸与碳酸的质量比为1:1;
[0185]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0186]尾矿砂的含水率为0.7%、中值粒径为0.20mm。
[0187]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0188](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为450目，获得固废基胶凝材料;
[0189](2)将固废基胶凝材料与自愈合母料A常温搅拌25min，获得母料A-固废基胶凝材料;
[0190](3)将母料A-固废基胶凝材料、半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌55min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0191]对比例3
[0192]固废基自愈合型矿山充填材料，按重量百分比计，原料组成如下：
[0193]固废基材料 37%、
[0194]自愈合母料A 0%、
[0195]自愈合母料B 0%、
[0196]半干法脱硫灰 16%、
[0197]尾矿砂 47%，
[0198]其中，固废基材料为钢渣尾渣、高炉水渣与脱硫石膏的混合物，钢渣尾渣、高炉水渣、脱硫石膏的质量比2.5:7:0.5，其中钢渣尾渣的全铁含量为0.3%、高炉水渣的水分为11%;
[0199]半干法脱硫灰为钙基半干法脱硫灰;
[0200]尾矿砂的含水率为0.7%、中值粒径为0.20mm。
[0201]上述固废基自愈合型矿山充填材料的制备方法，步骤如下：
[0202](1)利用立式粉磨机将固废基材料粉磨到细度为450目，获得固废基胶凝材料;
[0203](2)将固废基胶凝材料、半干法脱硫灰与尾矿砂搅拌55min，即得到固废基自愈合型矿山充填材料。
[0204]将上述实施例1~6与对比例1~3中制备的固废基自愈合型矿山充填材料，依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、NB/T 51070-2017《煤矿膏体充填材料试验方法》、GB 18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》分别进行力学性能(抗压强度(3d、14d、28d))测试与28d抗渗性能测试，测试结果如下表1与表2所示，实施例1~6与对比例1~3的试样如图1所示。
[0205]表1 固废基自愈合型矿山充填材料的力学性能
[0206]
[0207]表2 固废基自愈合型矿山充填材料的抗渗性能(28d)
[0208]
[0209]对表1与表2进行分析可以看出，在本发明各实施例中，实施例4的抗压强度最佳，实施例1与实施例3的抗渗性能最佳。
[0210]由实施例6与对比例1的比对可以发现，当所用原料的配方中未加入自愈合母料A时，固废基自愈合型矿山充填材料的抗压强度会有所下降，且防渗能力也会下降，这是因为当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料A中的苹果酸与碳酸均溶于水，在钢渣尾渣与高炉水渣形成的碱性条件下可以生成苹果酸盐与碳酸盐，苹果酸根和碳酸根等离子通过“离子缔合”形成弱相互作用遮蔽极性基团，降低胶凝体系中的电荷，减少静电吸引机会，且碳酸盐加速固废基材料中硅酸三钙(C3S)的水化反应，缩短诱导期，从而提高早期强度，能够提高矿山充填材料水化过程的密实性能，即碳酸盐能改变水化产物的孔结构分布，降低总孔隙率，使结构更致密。
[0211]由实施例6与对比例2的比对可以发现，当所用原料的配方中未加入自愈合母料B时，固废基自愈合型矿山充填材料的抗压强度与防渗能力也会下降，这是因为：自愈合母料B中的聚醚硅油与甲基硅酸钠附着在半干法脱硫灰的表面，形成絮状结构，当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，一方面增加聚醚硅油与甲基硅酸钠的反应比表面积，另一方面能够填充矿山充填材料水化物的内部空隙，能够进一步提升密实性能。当固废基自愈合型矿山充填材料水化完成后出现裂纹渗水时，自愈合母料B中甲基硅酸钠的硅醇基与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成具有“反毛细管”效应的抗渗硅酸盐;过剩的抗渗硅酸盐被聚醚硅油进一步溶解反应，形成降电荷-抗渗型复合材料，在填充内部空隙的同时，封闭毛细管道，进一步增加矿山充填材料水化物的密实度。
[0212]由实施例6、对比例1、对比例2与对比例3的比对可以发现，当所用原料的配方中未加入自愈合母料A与自愈合母料B时，固废基自愈合型矿山充填材料的抗压强度与防渗能力会大幅降低，相较于同时加入自愈合母料A与自愈合母料B、单一加入自愈合母料A或自愈合母料B，抗压强度与防渗能力明显下降。
[0213]因此，本发明在配方中通过同时加入自愈合母料A与自愈合母料B，能够与固废基胶凝材料中硅酸二钙、硅酸三钙发生脱水交联反应，形成具有“反毛细管”效应的抗渗硅酸盐;过剩的抗渗硅酸盐被聚醚硅油进一步溶解反应，形成降电荷-抗渗型复合材料，能够填充内部空隙、封闭毛细管道，增加矿山充填材料水化物的密实度。进而提升整个固废基自愈合型矿山充填材料的抗压性能与防渗性能。
说明书附图(1)
